烟气脱汞过程中活性炭喷射速度的选择

2020-08-12 11:47
科技视界 2020年21期
关键词:电除尘器烟道覆盖率

郑 逸

0 前言

活性炭喷射(ACI)脱汞的原理是[1],活性炭作为吸附剂,经喷射系统从颗粒物脱除装置如布袋除尘器(FF)或静电除尘器(ESP)前的烟道内喷入,在流动过程中活性炭会与烟气发生掺混并且将烟气中的气相汞吸附和固定在自身表面,吸附烟气汞后的活性炭在流经颗粒物脱除装置时被捕集脱除,从而实现烟气脱汞的目的。现有研究表明[2],在不同喷射条件下,活性炭颗粒在烟道内的覆盖率、停留时间和分布均匀性也不同,进一步会影响烟气汞脱除效果。

因此,本文借助商用CFD 软件对加装ACI 脱汞系统烟道内的气固两相流场进行了数值模拟研究,根据气固流场分布情况,选择最佳的活性炭喷射速度,以期为ACI 脱汞的工业应用提供技术支撑。

图1 燃煤机组活性炭喷射脱汞示意图

图2 活性炭喷嘴布置方案

图3 烟道三维模型

图4 网格模型

1 建立模型

1.1 物理模型

机组总体布局如图1 所示,在空气预热器(AR)和静电除尘器(ESP)之间加装有活性炭喷射脱汞装置,活性炭喷嘴9 个,喷射方向与烟气流向相同,布置方案如图2 所示。

根据烟道实际尺寸,利用UG 软件建立的烟道三维模型如图3 所示。利用前处理器Gambit 对加装ACI 系统后的烟道三维模型进行网格划分,划分结果如图4 所示,网格总数达到75 万个。

1.2 数学模型

采用Navier- Stokes 方程求解连续相的动量方程,如下[3]:

离散相体积率小于10%,选择DPM 模型进行求解[4]:

2 设定计算条件

烟气流速为9m/s,沿入口截面法向方向,湍流强度5%,烟温为150 ℃,计算过程不考虑烟气流动时的热量损耗和湍流变化。活性炭采用木质活性炭,颗粒直径80- 120μm,密度1300 kg·m-3,喷射速度分别设为9m/s、18m/s、和27m/s,负载风量900m3h-1。

图5 活性炭喷射图和截面浓度分布图

图6 不同喷射速度下活性炭停留时间及覆盖率

图7 不同喷射速度下烟道截面颗粒最高浓度值

3 结果分析

图 5(a)-(c)分别是喷射速度(v)为 9m/s、18m/s、27m/s时,活性炭颗粒在烟道内随停留时间分布的云图以及烟道截面上颗粒浓度分布图。将停留时间(t)、覆盖率(δ)进行整理,结果如图6 所示,可以得出,喷射速度越大,活性炭在烟道内的停留时间越短,其中t1=2.81s,t2=2.34s,均满足t>2s 的工业应用要求[5],但当喷射速度达到3 倍烟速 27m/s 时,t3=1.83s,不满足应用要求。

三种喷射速度下活性炭颗粒在烟气中的覆盖率差异较大,δ1=27.13% ,δ2=68.84% ,δ3=74.30% ,这是因为喷射速度越大,活性炭颗粒经过给料喷嘴的导流作用后,喷入烟道时的切向速度越大,覆盖面也就越大。

此外,对比分析不同喷射速度下活性炭颗粒在烟道截面上的最高浓度值(图7),可以发现当喷射速度为18m/s 时,活性炭颗粒在烟道截面上的最高浓度值最小,分布均匀性最佳,这表明活性炭能够充分与烟气发生掺混,并吸附烟气中的汞。

综上所述,在综合考虑活性炭颗粒在烟道中的停留时间、颗粒覆盖率和浓度分布均匀性三个影响因素后,确定活性炭最佳喷射速度为18m/s。

4 结论

通过仿真计算证明,活性炭喷射速度对其在烟道内的覆盖率、停留时间以及浓度场均匀性存在影响。喷射速度越大,停留时间则越短,覆盖率也越高,综合颗粒浓度场均匀性的考量,确定三种喷射速度中,最佳的喷射速度为18m/s,这为ACI 技术的实际工业应用提供了技术支撑。

猜你喜欢
电除尘器烟道覆盖率
民政部等16部门:到2025年村级综合服务设施覆盖率超80%
我国全面实施种业振兴行动 农作物良种覆盖率超过96%
昆钢公司120t转炉固定段烟道漏水分析及治理
加热炉燃烧烟道系统的改造
加热炉燃烧烟道系统的改造
基于喷丸随机模型的表面覆盖率计算方法
焦炉烟道气治理的难点分析
新型湿式电除尘器的研究应用
湿式静电除尘器喷嘴特性
一种以烟道气补充CO2制备纯碱的方法